Development of control system for complex microbial incubator

복합 미생물 배양기의 제어시스템 개발

In this paper, a control system for a complex microbial incubator was proposed. The proposed control system consists of a control unit, a communication unit, a power supply unit, and a control system of the complex microbial incubator. The controller of the complex microbial incubator is designed and manufactured to convert analog signals and digital signals, and control signals of sensors such as displays using LCD panels, water level sensors, temperature sensors, and pH concentration sensors. The water level sensor used is designed and manufactured to enable accurate water level measurement by using the IR laser method with excellent linearity in order to solve the problem that existing water level sensors are difficult to measure due to foreign substances such as bubbles. The temperature sensor is designed and used so that it has high accuracy and no cumulative resistance error by measuring using the thermal resistance principle. The communication unit consists of two LAN ports and one RS-232 port, and is designed and manufactured to transmit signals such as LCD panel, PCT panel, and load cell controller used in the complex microbial incubator to the control unit. The power supply unit is designed and manufactured to supply power by configuring it with three voltage supply terminals such as 24V, 12V and 5V so that the control unit and communication unit can operate smoothly. The control system of the complex microbial incubator uses PLC to control sensor values such as pH concentration sensor, temperature sensor, and water level sensor, and the operation of circulation pump, circulation valve, rotary pump, and inverter load cell used for cultivation. In order to evaluate the performance of the control system of the proposed complex microbial incubator, the result of the experiment conducted by the accredited certification body showed that the range of water level measurement sensitivity was -0.41mm~1.59mm, and the range of change in water temperature was ±0.41℃, which is currently commercially available. It was confirmed that the product operates with better performance than the performance of the products. Therefore, the effectiveness of the control system of the complex microbial incubator proposed in this paper was demonstrated.

본 논문에서는 복합 미생물 배양기의 제어시스템을 제안하였다. 제안하는 제어시스템은 복합 미생물 배양기의 제어부, 통신부, 전원부, 제어시스템 등으로 구성된다. 복합 미생물 배양기의 제어부는 아날로그 신호와 디지털 신호의 변환, LCD 패널을 이용한 디스플레이, 수위센서, 온도센서, pH 농도센서 등과 같은 센서들의 신호 제어를 하도록 설계 및 제작한다. 사용하는 수위센서는 기존 수위센서가 거품과 같은 이물질 등으로 인해 측정이 어려운 문제점을 해결하고자 직진성이 우수한 IR 레이저 방식을 사용하여 정확한 수위 측정이 가능하도록 설계 및 제작한다. 온도센서는 열 저항 원리를 사용하여 측정함으로써, 높은 정확도와 누적 저항 오차가 없도록 설계하여 사용한다. 통신부는 2개의 LAN 포트와 1개의 RS-232 포트로 구성하여 복합 미생물 배양기에서 사용되는 LCD 패널, PCT 패널, 로드셀 컨트롤러 등의 신호를 제어부에 전달할 수 있도록 설계 및 제작한다. 전원부는 제어부와 통신부가 원활하게 동작할 수 있도록 24V, 12V 5V 등 3개의 전압 공급 단자로 구성하여 전원을 공급하도록 설계 및 제작한다. 복합 미생물 배양기의 제어시스템은 PLC를 사용하여 pH 농도센서, 온도센서, 수위센서 등의 센서값과 배양에 사용되는 써큘레이션 펌프, 써큘레이션 밸브, 로터리 펌프와 인버터 로드셀 등의 동작을 제어한다. 제안된 복합 미생물 배양기의 제어시스템의 성능을 평가하기 위하여 공인인증기관에서 실험한 결과는 수위 측정감도의 범위가 -0.41mm~1.59mm로, 물 온도의 변화 폭이 ±0.41℃로 현재 상용으로 판매되는 제품들 성능보다 우수한 성능으로 동작됨이 확인되었다. 따라서, 본 논문에서 제안한 복합 미생물 배양기의 제어시스템의 효용성이 입증되었다.